Optik spektrometr

Optik spektrometr (spektrofotometr, spektrograf yoki spektroskop) elektromagnit spektrning maʼlum bir qismidagi yorugʻlik xususiyatlarini oʻlchash uchun ishlatiladigan asbob boʻlib, odatda materiallarni aniqlash uchun spektroskopik tahlilda qoʻllanadi ^[1]. Oʻlchanadigan oʻzgaruvchi koʻpincha yorugʻlikning nurlanishidir, lekin, masalan, qutblanish holati ham boʻlishi mumkin. Mustaqil oʻzgaruvchi odatda yorugʻlikning toʻlqin uzunligi yoki foton energiyasiga toʻgʻridan-toʻgʻri proportsional boʻlgan birlikdir bu birliklar tengdir, masalan, toʻlqin uzunligi bilan oʻzaro bogʻliq boʻlgan oʻzaro santimetr yoki elektron volt.

Spektrometr spektroskopiyada spektral chiziqlar hosil qilish va ularning toʻlqin uzunligi va intensivligini oʻlchash uchun ishlatiladigan chiziqdir. Spektrometrlar optik boʻlmagan toʻlqin uzunliklarining keng diapazonida, gamma nurlari va rentgen nurlaridan tortib to uzoq infraqizilgacha ishlashi mumkin. Agar asbob spektrni nisbiy emas, balki mutlaq miqyosda oʻlchash uchun moʻljallangan boʻlsa, u odatda spektrofotometr deb ataladi. Spektrofotometrlarning aksariyati koʻrinadigan spektrga yaqin spektral hududlarda qoʻllanadigan turlaridan biridir.

Voqea sodir boʻlgan optik quvvatni oʻlchash uchun sozlangan spektrometrni spektroradiometr deyiladi ^[2].

Umuman olganda, har qanday maxsus asbob spektrning turli qismlarini oʻlchash uchun ishlatiladigan turli xil texnikalar tufayli ushbu umumiy diapazonning kichik bir qismida ishlaydigan boʻlib qoladi. Optik chastotalar ostida (yaʼni, mikrotoʻlqinli va radiochastotalarda) spektr analizatori yaqindan bogʻliq boʻlgan elektron qurilmadir.

Spektrometrlar koʻplab sohalarda qoʻllanadi. Masalan, ular astronomiyada jismlarning nurlanishini tahlil qilish va ularning kimyoviy tarkibini chiqarish uchun ishlatiladi. Spektrometr yorugʻlikni spektrga yoyish uchun prizma yoki panjaradan foydalanadi. Bu astronomlarga koʻplab kimyoviy elementlarni oʻziga xos spektral chiziqlar orqali aniqlash imkonini berishi bilan yordam qiladi. Ushbu chiziqlar vodorod alfa, beta va gamma chiziqlari kabi ularni keltirib chiqaradigan elementlar uchun nomlanadi. Yorqin obekt yorqin spektral chiziqlarni koʻrsatadi. Qorongʻi chiziqlar yutilish orqali, masalan, gaz bulutidan oʻtadigan yorugʻlik orqali hosil boʻladi va bu yutilish chiziqlari kimyoviy birikmalarni ham aniqlay oladi. Koinotning kimyoviy tarkibi haqidagi koʻp bilimlarimiz spektrlardan kelib chiqishi isbotlab berilgan.

Spektroskop

Turli xil diffraktsiyaga asoslangan spektrometrlarni taqqoslash: koʻzgu optikasi, sinishi optikasi, tolali/integral optika

Spektroskoplar koʻpincha astronomiyada va kimyoning baʼzi sohalarida qoʻllanadi. Dastlabki spektroskoplar yorugʻlikning toʻlqin uzunliklarini belgilovchi darajali prizmalar edi. Zamonaviy spektroskoplar, odatda, avtomatlashtirilgan va kompyuter tomonidan boshqariladigan difraksion panjara, harakatlanuvchi tirqish va qandaydir fotodetektordan foydalanadi. Soʻnggi yutuqlar diffraktsiya panjaralari boʻlmagan bir qator miniatyuralashtirilgan spektrometrlarda hisoblash algoritmlariga boʻlgan ishonchning ortib borayotganini koʻrsatdi, masalan, oddiy qarasak CCD chipida kvant nuqtali filtrli massivlarni ^[3] yoki bitta nanostrukturada amalga oshiriladigan bir qator fotodetektorlardan foydalanish orqali ^[4].

Jozef fon Fraungofer birinchi zamonaviy spektroskopni prizma, difraksion yoriq va teleskopni spektral ruxsatni oshiruvchi va boshqa laboratoriyalarda takrorlanishi mumkin boʻlgan tarzda birlashtirib yaratdi. Fraungofer birinchi difraksion spektroskopni ham ixtiro qildi ^[5]. Gustav Robert Kirchhoff va Robert Bunsen kimyoviy tahlilda spektroskoplarni qoʻllashni kashf etdilar va seziy va rubidiyni kashf qilish uchun ushbu yondashuvdan foydalanganlar ^[6] ^[7]. Kirchhoff va Bunsen tahlillari yulduz spektrlarini, jumladan Fraungofer chiziqlarini kimyoviy tushuntirishga imkon berdi ^[8].

Material qizdirilganda, u materialning atom tuzilishiga xos boʻlgan yorugʻlik chiqaradi. Muayyan yorugʻlik chastotalari shkalada barmoq izlari deb hisoblanishi mumkin boʻlgan aniq belgilangan chiziqlarni keltirib chiqaradi. Misol uchun, natriy elementi 588,9950 va 589,5924 nanometrlarda natriy D-chiziqlari deb nomlanuvchi juda xarakterli ikkilangan sariq chiziqqa ega boʻlgani tufayli, ularning rangi past bosimli natriy bugʻli chiroqni koʻrgan har bir kishiga tanish boʻladi.

19-asr boshlarida spektroskopning asl dizaynida yorugʻlik tirqishga kirdi va kollimatsiya qiluvchi linza nurni parallel nurlarning ingichka nuriga aylantirdi. Keyin yorugʻlik prizmadan (qoʻlda ushlab turiladigan spektroskoplarda, odatda Amici prizmasi) oʻtib, nurni spektrga aylantirdi, chunki dispersiya tufayli turli toʻlqin uzunliklari turli miqdorda singan. Keyin bu tasvirni toʻgʻridan-toʻgʻri oʻlchash imkonini beruvchi spektral tasvirga koʻchirilgan masshtabli naycha orqali koʻrib chiqildi bu tajriba orqali hisoblaydilar.

Fotografik plyonkaning rivojlanishi bilan aniqroq spektrograf yaratildi. U spektroskop bilan bir xil printsipga asoslangan edi, lekin uning koʻrish trubkasi oʻrniga kamera bor edi. Soʻnggi yillarda fotokoʻpaytiruvchi trubka atrofida qurilgan elektron sxemalar kamerani almashtirib, real vaqt rejimida spektrografik tahlilni ancha yuqori aniqlik bilan amalga oshirish imkonini berdi. Spektrografik tizimlarda plyonka oʻrniga fotosensorlar massivlari ham qoʻllanadi, bu plyonka yordamida chiqariladi.

Zamonaviy spektrograflarda ultrabinafsha, koʻrinadigan va IQ spektriga yaqin diapazonlarda spektr odatda toʻlqin uzunligi birligi uchun foton soni (nm yoki mkm), toʻlqin soni (mkm ^-1, sm ^-1), chastota (THz) koʻrinishida beriladi.), yoki energiya (eV), abscissa bilan koʻrsatilgan birliklar bilan. Oʻrta va uzoq IQ oraligʻida spektrlar odatda toʻlqin uzunligi birligi (mkm) yoki toʻlqin soni (sm ^-1) uchun vatt birliklarida ifodalanadi. Koʻp hollarda spektr birliklar qoldirilgan holda koʻrsatiladi (masalan, har bir spektral kanal uchun „raqamli hisoblar“ deb atalishi kerak boʻlgan).

Odatda koʻrinadigan spektrometrlar uchun ishlatiladigan toʻrtta abscissa turlarini taqqoslash.

Odatda infraqizil spektrometrlar uchun ishlatiladigan toʻrtta abscissa turlarini taqqoslash.

Gemologiyada

Gemologlar qimmatbaho toshlarning yutilish spektrlarini aniqlash uchun koʻpincha spektroskoplardan foydalanadilar va shu bilan ular qanday marvaridni oʻrganayotgani haqida xulosa chiqarishga imkon berishi kerak boʻlgan ishdir ^[9]. Gemolog marvaridning aniq identifikatorini toraytirishga yordam berish uchun ular kuzatadigan yutilish spektrini turli qimmatbaho toshlar uchun spektrlar katalogi bilan solishtirishi mumkin.

Spektrograflar

Prizmaga asoslangan juda oddiy spektroskop

KMOS spektrografi. ^[10]

Ondjejovdagi Chexiya astronomik institutida gorizontal quyosh spektrografi, Chexiya

Yulduz va quyosh spektrografi

Yulduzlarning spektral tasnifi va asosiy ketma-ketlikning ochilishi, Xabbl qonuni va Hubble ketma-ketligi fotografik qogʻozdan foydalangan holda spektrograflar yordamida amalga oshirildi. Kelgusi Jeyms Uebb kosmik teleskopi yaqin infraqizil spektrograf (NIRSpec) va oʻrta infraqizil spektrografni (MIRI) oʻz ichiga oladigan bir turidir.

Echelle spektrografi

Echelle spektrografi bir-biriga nisbatan 90 daraja aylantirilgan va bir-biriga yaqin joylashgan ikkita diffraktsiya panjarasidan foydalanadi. Shuning uchun tirqish emas, kirish nuqtasi ishlatiladi va CCD-chip spektrni oʻz ichiga qayd qiladi. Ikkala panjara ham keng oraliqlarga ega va biri faqat birinchi tartib koʻrinadigan tarzda yonadi, ikkinchisi esa koʻplab yuqori tartiblar bilan yonadi, shuning uchun CCDga juda nozik spektr taqdim etiladigan sohalardandir.

Manbalar

↑ Butler, L. R. P.; Laqua, K. (1995). "Nomenclature, symbols, units and their usage in spectrochemical analysis-IX. Instrumentation for the spectral dispersion and isolation of optical radiation (IUPAC Recommendations 1995)". Pure Appl. Chem. 67 (10): 1725–1744. doi:10.1351/pac199567101725. http://iupac.org/publications/pac/67/10/1725/. "A spectrometer is the general term for describing a combination of spectral apparatus with one or more detectors to measure the intensity of one or more spectral bands."
↑ Schneider, T.. CIE 250:2022 Spectroradiometric Measurement of Optical Radiation Sources. Vienna: CIE - International Commission on Illumination, 2022. ISBN 978-3-902842-23-7.
↑ Bao, Jie; Bawendi, Moungi G. (2015-07-01). "A colloidal quantum dot spectrometer" (en). Nature 523 (7558): 67–70. doi:10.1038/nature14576. ISSN 1476-4687. PMID 26135449. https://www.nature.com/articles/nature14576.
↑ Yang, Zongyin; Albrow-Owen, Tom; Cui, Hanxiao; Alexander-Webber, Jack; Gu, Fuxing; Wang, Xiaomu; Wu, Tien-Chun; Zhuge, Minghua et al. (2019-09-06). "Single-nanowire spectrometers". Science 365 (6457): 1017–1020. doi:10.1126/science.aax8814. PMID 31488686. https://www.science.org/doi/abs/10.1126/science.aax8814.
↑ Brand, John C. D.. Lines of Light: The Sources of Dispersive Spectroscopy, 1800–1930. Gordon and Breach Publishers, 1995 — 37–42-bet. ISBN 978-2884491624.
↑ Weeks, Mary Elvira (1932). "The discovery of the elements. XIII. Some spectroscopic discoveries". Journal of Chemical Education 9 (8): 1413–1434. doi:10.1021/ed009p1413.
↑ „Robert Bunsen“. infoplease. Pearson Education (2007). Qaraldi: 2011-yil 21-noyabr.
↑ Brand 1995, s. 63
↑ „Spectroscope - The Gemology Project“. gemologyproject.com. Qaraldi: 2022-yil 4-yanvar.
↑ „Powerful New VLT Instrument Arrives in Chile“. ESO Announcement. Qaraldi: 2012-yil 11-oktyabr.

Bibliografiya

JF Jeyms va RS Sternberg (1969), Optik spektrometrlarning dizayni (Chapman and Hall Ltd)
Jeyms, Jon (2007), Spektrografni loyihalash asoslari (Kembrij universiteti nashriyoti)ISBN 0-521-86463-1
Browning, Jon (1882), Spektroskop bilan qanday ishlash kerak : barcha turdagi spektroskoplar bilan amaliy manipulyatsiya boʻyicha qoʻllanma

Tashqi havolalar

[1] Butler, L. R. P.; Laqua, K. (1995). "Nomenclature, symbols, units and their usage in spectrochemical analysis-IX. Instrumentation for the spectral dispersion and isolation of optical radiation (IUPAC Recommendations 1995)". Pure Appl. Chem. 67 (10): 1725–1744. doi:10.1351/pac199567101725. http://iupac.org/publications/pac/67/10/1725/. "A spectrometer is the general term for describing a combination of spectral apparatus with one or more detectors to measure the intensity of one or more spectral bands."

[2] Schneider, T.. CIE 250:2022 Spectroradiometric Measurement of Optical Radiation Sources. Vienna: CIE - International Commission on Illumination, 2022. ISBN 978-3-902842-23-7.

[3] Bao, Jie; Bawendi, Moungi G. (2015-07-01). "A colloidal quantum dot spectrometer" (en). Nature 523 (7558): 67–70. doi:10.1038/nature14576. ISSN 1476-4687. PMID 26135449. https://www.nature.com/articles/nature14576.

[4] Yang, Zongyin; Albrow-Owen, Tom; Cui, Hanxiao; Alexander-Webber, Jack; Gu, Fuxing; Wang, Xiaomu; Wu, Tien-Chun; Zhuge, Minghua et al. (2019-09-06). "Single-nanowire spectrometers". Science 365 (6457): 1017–1020. doi:10.1126/science.aax8814. PMID 31488686. https://www.science.org/doi/abs/10.1126/science.aax8814.

[Brand_37-5] Brand, John C. D.. Lines of Light: The Sources of Dispersive Spectroscopy, 1800–1930. Gordon and Breach Publishers, 1995 — 37–42-bet. ISBN 978-2884491624.

[6] Weeks, Mary Elvira (1932). "The discovery of the elements. XIII. Some spectroscopic discoveries". Journal of Chemical Education 9 (8): 1413–1434. doi:10.1021/ed009p1413.

[7] „Robert Bunsen“. infoplease. Pearson Education (2007). Qaraldi: 2011-yil 21-noyabr.

[Brand_63-8] Brand 1995, s. 63

[9] „Spectroscope - The Gemology Project“. gemologyproject.com. Qaraldi: 2022-yil 4-yanvar.

[10] „Powerful New VLT Instrument Arrives in Chile“. ESO Announcement. Qaraldi: 2012-yil 11-oktyabr.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]